Tài liệu học sinh giỏi 40 hóa học cơ kim

40

Hóa học cơ kim
Liên kết
Xây dựng trên

Tiếp theo

Nội dung

• Phản ứng thế nucleophin ở cacbon
bão hịa ch15
• Phản ứng cộng liên hợp ch22
• Điều khiển hóa lập thể ch14, ch32,
& ch33

• Phản ứng khử và phản ứng oxi hóa
ch23

• Hóa học của Si và Sn ch27
• Dị vịng thơm ch29 & ch30
• Phản ứng cộng đóng vịng ch34
• Phản ứng chuyển vị ch35 & ch36
• Gốc tự do và carbenes ch37 & ch38

• Kim loại chuyển tiếp tạo thành các hợp
chất hữu cơ
• Cấu trúc của phức σ và π và ý nghĩa
của số η
• Liên kết được mơ tả với các obitan
thơng thường

• Hầu hết các phức chất bền có 18 điện
tử hóa trị
• Các kim loại xúc tác cho các phản ứng
"khơng thể xảy ra"
• Chèn oxy hóa, tách khử hóa và di
chuyển phối tử từ kim loại sang carbon
là các bước quan trọng
• Carbon monoxide chèn vào liên kết
kim loại-carbon
• Paladi là kim loại quan trọng nhất
• Các liên kết C – C, C – O và C – N có
thể được tạo ra nhờ xúc tác Pd
• Phản ứng ghép chéo của hai phối tử là
phổ biến
• Phức cation allyl là những
electrophiles hữu ích

• Tổng hợp bất đối ch41
• Hóa học của sự sống, đặc biệt là axit
nucleic ch42

Kim loại chuyển tiếp mở rộng phạm vi phản ứng hữu cơ
Một số phản ứng thú vị nhất trong hóa học hữu cơ sử dụng các kim loại chuyển tiếp, và trong những năm
gần đây, ba giải Nobel đã được trao cho công việc trong lĩnh vực này. Làm thế nào về ví dụ này? Đó là một
phản ứng Heck, cho phép cộng nucleophilic vào một anken không hoạt động. Chỉ cần một lượng palađi xúc
tác để thực hiện phản ứng: các phản ứng kim loại hữu ích nhất là phản ứng trong đó kim loại đóng vai trò
xúc tác.
O

I

xúc tác. Pd(OAc)2, Ph3P

O
+

R

phản ứng xúc tác Heck

R

Chất phản ứng và phức chất có chứa kim loại chuyển tiếp rất quan trọng trong tổng hợp hữu cơ hiện đại vì
chúng cho phép các phản ứng dường như khơng thể xảy ra dễ dàng. Hóa học của chúng bổ sung cho hóa
học nhóm chức truyền thống và có thể mở rộng đáng kể phạm vi phản ứng mà nhà hóa học có thể mong
đợi sử dụng để tạo ra phân tử.

Hỗ trợ trực tuyến. Biểu tượng

trong lề cho biết rằng các tài nguyên tương tác đi kèm được cung cấp trực tuyến để giúp

sự hiểu biết của bạn: chỉ cần nhập www.chemtube3d.com/clayden/123 vào trình duyệt của bạn, thay thế 123 bằng số của
trang mà bạn nhìn thấy biểu tượng. Đối với các trang liên kết đến nhiều tài nguyên, hãy nhập 123-1, 123-2, v.v. (thay 123 bằng
số trang) để truy cập vào các liên kết liên tiếp.


CHƯƠNG 40 HÓA HỌC HỮU CƠ

1070
■ Đúng với niềm tin của

chúng tơi rằng lời giải thích
quan trọng hơn sự thật,
chúng tôi đã đưa ra cơ chế
cho hầu hết các phản ứng.
Bạn nên hiểu rằng khó có thể
chắc chắn về những cơ chế
này hơn nhiều so với một số
lĩnh vực hóa học khác: rất
nhiều công việc đi vào việc
thiết lập các cơ chế cho các
biến đổi cơ kim quan trọng,
nhưng nhiều người vẫn chỉ là
suy đốn. Các cơ chế chúng
tơi đưa ra nhằm giúp bạn hiểu
những gì đang diễn ra và có
thể khơng chính xác đến từng
chi tiết.

CO
Cr CO
CO
Ph3P
PPh3
Pd
Ph3P
PPh3
Phức chất 18 electron

Me

N

2PdCl2

phức Pd (II) 16 electron

Chương này giới thiệu các khái niệm về tương tác giữa kim loại và phối tử, mơ tả các phản ứng quan trọng
nhất có thể xảy ra khi các phối tử liên kết với kim loại và chứng minh sức mạnh của hóa học cơ kim trong
tổng hợp. Hiệu suất của các phản ứng xúc tác kim loại chuyển tiếp có nghĩa là chúng thường được sử dụng
trong tổng hợp công nghiệp. Điều quan trọng là bạn phải hiểu các quy tắc hoạt động của hóa học cơ kim.

Quy tắc 18 electron
Có một mâu thuẫn trong những gì cần thiết của một phức kim loại để nó có ích cho chúng ta. Ban đầu, nó sẽ
cần phải bền và có thời gian tồn tại đủ lâu để cho phép nghiên cứu và lý tưởng nhất là lưu trữ. Nhưng một
khi nó đi vào bình phản ứng, tính bền là một bất lợi: thay vào đó chúng ta muốn phản ứng. Chất xúc tác lý
tưởng của chúng ta là một phức chất bền ở trạng thái tĩnh, nhưng nhanh chóng bị hoạt hóa trong dung dịch
— có lẽ do mất phối tử — để nó có thể tương tác với chất nền. May mắn thay, có một hướng dẫn đơn giản về
tính bền của phức kim loại chuyển tiếp: quy tắc 18 electron. Nếu một phức chất thỏa mãn quy tắc 18
electron, điều đó có nghĩa là kim loại ở trung tâm của phức chất có cấu hình khí cao hơn 18 electron ở lớp vỏ
hóa trị, và phức có khả năng bền. Yêu cầu về 18 electron xuất phát từ yêu cầu điền vào một obitan ‘s’, năm
obitan ‘d’ và ba obitan ‘p’ với hai electron trong mỗi obitan. 18 điện tử mà chúng ta cần có thể đến từ những
điện tử mà kim loại đã sở hữu cộng với những điện tử được cho bởi bất kỳ phối tử phối trí nào.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn số electron hóa trị mà mỗi kim loại bắt đầu trước khi nó có được bất kỳ
phối tử nào. Lưu ý rằng các số nhóm ‘mới’ từ 1–18 cho bạn câu trả lời mà không cần bất kỳ phép tính nào.
Điều quan trọng nhất được đánh dấu.

Nhóm

IVB (4)

VB (5)

VIB (6)

VIIB (7)

VIIIB (8, 9, và 10)

1A (11)

Số electron hóa trị

4

5

6

7

8

9

11

3d electrons

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

4d electrons

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

5d electrons

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

10

Các kim loại ở phía bên trái của danh sách này rõ ràng cần nhiều electron hơn để tạo nên ma thuật 18. Ví dụ, crom
tạo phức bền với vịng benzen, tạo cho nó 6 electron, và 3 phân tử cacbon monoxit, tạo cho nó hai electron mỗi phân
tử: 6 + 6 + 2 + 2 + 2 = 18. Palladium chỉ "hài lòng" với bốn triphenylphosphines (Ph3P:) cho nó hai electron mỗi phân
tử: 10 + 2 + 2 + 2 + 2 = 18.
Bạn có thể đã biết từ nghiên cứu hóa học vơ cơ của mình rằng có những ngoại lệ đối với quy tắc 18 điện
tử, đặc biệt là giữa các phức chất của Ti, Zr, Ni, Pd và Pt, tất cả đều có thể tạo thành phức chất 16 điện tử
bền. Phức Pd (II) 16 electron quan trọng với hai clorua và hai axetonitril (MeCN) sẽ được trình bày nhiều
trong chương này. Các kim loại được gọi là bạch kim Ni, Pd và Pt là cực kỳ quan trọng trong các quá trình

xúc tác, như bạn sẽ thấy ở phần sau. Cấu hình 16 electron bền của chúng là kết quả của một oitan trống
năng lượng cao gây ra bởi phức chất áp dụng hình học phẳng vng.

Các phối tử có thể được gắn theo nhiều cách khác nhau

M R
η1

M
η2

Kim loại chuyển tiếp có thể có một số phối tử được gắn vào chúng và mỗi phối tử có thể được gắn ở nhiều
hơn một nơi. Điều này ảnh hưởng đến khả năng phản ứng của phối tử và kim loại vì mỗi điểm gắn thêm
đồng nghĩa với việc cho thêm electron. Chúng ta có thể biểu diễn số nguyên tử tham gia tạo liên kết với kim
loại bằng số hapto. Chất phản ứng Grignard đơn giản là η1 (phát âm là ‘eta-one’) vì magiê chỉ được gắn với
một nguyên tử carbon. Phức kim loại - anken là η2 vì cả hai nguyên tử cacbon của anken đều tham gia liên
kết với kim loại như nhau. Trong những trường hợp này, gán η khơng có nhiều thơng tin vì khơng có lựa
chọn thay thế và nó thường bị bỏ qua.


QUY TẮC 18 ELECTRON

Liên kết trong hai phức chất này rất khác nhau. Đầu tiên, có một liên kết σ đơn giản giữa kim loại và
nhóm ankyl như trong chất phản ứng Grignard R–MgBr và loại phức chất này được gọi là phức σ. Trong
phức chất anken, liên kết chỉ với các obitan p. Khơng có liên kết σ với kim loại, nó nằm ở giữa liên kết π ở
giữa hai obitan p. Loại phức chất này được gọi là phức chất π.

1071

M R

phức σ.

Biểu diễn liên kết trong phức kim loại chuyển tiếp
Thật khó để biết chính xác cách vẽ liên kết trong phức kim loại và thường có một số cách biểu diễn khác nhau được chấp
nhận. Không có vấn đề gì khi kim loại tạo liên kết σ với các nguyên tử như Cl hoặc C như đường thẳng đơn giản mà chúng
ta thường sử dụng cho liên kết cộng hóa trị có nghĩa chính xác như những gì nó nói. Các vấn đề nảy sinh với các phối tử
hình thành liên kết σ bằng cách cho cả electron của chúng và với phức liên kết π. Mọi người đều viết phức photphin –
borane có hai điện tích nhưng chúng ta thường vẽ cùng một loại liên kết giữa photphin và, chẳng hạn, Pd như một đường
đơn giản khơng có điện tích.
Ph3P

Ph3P

BH3

BH3

Ph3P

Ph3P

PdL3
16 electrons

PdL3

18 electrons

Đơi khi bạn sẽ thấy phức π được vẽ bằng các đường chấm đơn giản hơn đi đến giữa liên kết π, đôi khi với các liên kết π
chấm và đôi khi với các liên kết (đơn giản hoặc có dấu chấm) đi đến các đầu của liên kết π cũ. Tất cả những điều này đều

có thể chấp nhận được vì sự liên kết rất phức tạp, như bạn sẽ thấy. Chúng ta gần như có thể nói rằng sự mơ hồ là hữu ích:
chúng ta thường khơng biết bản chất chính xác của liên kết hoặc số lượng các phối tử khác trong phức hợp. Trong các sơ
đồ trong phần này, chúng tơi đã chỉ ra liên kết chính từ kim loại đến phối tử là một đường nét đậm trong biểu diễn đơn
giản nhất nhưng chúng tôi cũng cung cấp các liên kết thay thế với các liên kết đơn giản và có dấu chấm. Đừng lo lắng về
điều này — mọi thứ sẽ trở nên rõ ràng hơn khi chương phát triển. Khi bạn phải vẽ cấu trúc của một phức nhưng bạn
khơng biết chính xác liên kết, chỉ cần vẽ một đường từ kim loại đến phối tử.
các cách khác nhau
được chấp nhận để vẽ
phức liên kết π

M

M

M

M

M

M

M

Những nhãn này hữu ích khi có sự lựa chọn về kiểu liên kết, như với phối tử allylic. Kim loại có thể tạo
liên kết σ với một cacbon (do đó η1), hoặc tạo phức liên kết π với obitan p của cả ba cacbon trong hệ allyl
— đây sẽ là η3. Nếu phức π được tạo ra từ một cation allyl, phối tử có hai electron, nhưng nó có bốn
electron nếu nó được tạo ra từ anion allyl. Tương tự, anion xiclopentadienyl có thể hoạt động như phối tử
σ (η1), phối tử allyl (η3), hoặc thông thường nhất là phối tử xiclopentadienyl (η5). Sự khác biệt là rất quan
trọng đối với việc đếm điện tử vì ba trường hợp khác nhau này đóng góp tương ứng hai, bốn hoặc sáu điện

tử vào phức chất.

M

M

M

η1

η3

σ allyl

π allyl

M

M

phức
cation allyl

phức anion allyl

M
η1
phức σ.

M

η3

η5

phức π

π complex

Các phối tử trung tính cũng có thể liên kết theo nhiều cách khác nhau. Cyclooctatetraene có thể hoạt
động như một anken (η2), một diene (η4), một triene (η6), hoặc một tetraene (η8), và khả năng phản ứng của
phối tử thay đổi tùy ý. Đây đều là những phức π với kim loại ở trên hoặc dưới phần màu đen của vòng và
với liên kết đậm với kim loại ở góc vng với mặt phẳng anken.

M

M

M
η2

η4

M
η6

η8

Để xác định số electron xung quanh kim loại chuyển tiếp trong một phức chất, các electron hóa trị từ
ion kim loại được cộng vào các electron do tất cả các phối tử đóng góp. Số lượng electron được cho bởi các

lớp phối tử khác nhau được tóm tắt trong bảng. Các anion như halogenua, xianua, alkoxit, hyđrua và alkyl
cho hai điện tử, cũng như các phối tử trung tính với một cặp đơn lẻ như phosphines, amin, ete, sulfides,
cacbon monoxit, nitril, và

M
phức π


CHƯƠNG 40   HĨA HỌC CƠ KIM

1072

isonitriles. Các phối tử khơng bão hịa có thể đóng góp tới 8 electron và có thể trung hịa hoặc mang điện
tích âm. Nếu tổng số electron là 18, thì phức có khả năng bền. Nếu tổng số electron nhỏ hơn 18 thì phức
được gọi là khơng bão hịa phối trí.
Điện tích hình thức

Đặc điểm phối tử

Điện tử được cho

phối tử anion
Br

Cl

CN

I

H

OR

alkyl

–1

2

0

2

phối tử trung tính cho-σ
R

P

N R
R
R R
R

R

O

R R

Phối tử hữu cơ

S

R

C
O

N

C

C

N

R

R

Số Hapto

Điện tích hình thức

Điện tử được cho

aryl, σ-allyl

η1

–1

2

alkenes

η2

0

2

π-allyl cation

η3

+1

2

π-allyl anion

η3

–1

4

diene—conjugated

η4

0

4

dienyls, cyclopentadienyls (anions)

η5

–1

6

arenes, trienes

η6

0

6

trienyls, cycloheptatrienyls (anions)

η7

–1

8

cyclooctatetraene

η8

0

8

carbene, nitrene, oxo

η1

0

2

phối tử không no cho-σ hoặc -π

2

2

Ph3P (0) PPh3
Pd
Ph3P 10 PPh3
2
2
tổng: 4 x 2e + 10e = 18e
tetrakistriphenylphosphine

palladium(0)

η5 = 6 (–1)
Fe

6

Fe(II)

η5 = 6 (–1)
tổng: 3 x 6e = 18e
ferrocene

Đếm electron giúp giải thích tính bền của phức kim loại
Đếm electron trong hầu hết các phức chất rất đơn giản bằng cách sử dụng bảng đặc điểm phối tử ở trên kết
hợp với bảng trên tr. 1070. Lấy palladium tetrakistriphenylphosphine(0): mỗi photphin trung tính cho hai
điện tử, tạo ra tổng số là tám, và palađi vẫn có phần bổ sung đầy đủ của nó là 10 điện tử hóa trị khi nó ở
trạng thái ơxy hóa bằng khơng. Nhìn chung, phức chất này có tổng cộng 18 điện tử và là một phức chất bền
- trên thực tế là quá bền: nó phải mất phối tử PPh3 trước khi có thể tham gia phản ứng.
Tất cả các lớp phối tử khác nhau được liệt kê trong bảng trên đều có thể được xử lý theo cách này.
Trong ferrocen, các phối tử xiclopentadienyl đóng góp mỗi phối tử sáu điện tử và có điện tích hình thức
âm, được hiển thị bằng màu xanh lá cây, có nghĩa là sắt trong ferrocene ở trạng thái ơxy hóa +2 và sẽ cịn
lại sáu điện tử hóa trị. Tổng số electron của phức chất một lần nữa là 18 và ferrocen là một phức chất cực
kỳ bền.
Phức chất hữu dụng (MeCN)2PdCl2 có palađi ở trạng thái oxi hóa +2 vì nó chứa hai nguyên tử clo và số
electron là tám đối với trạng thái oxi hóa Pd(II) và hai electron khác mỗi nguyên tử từ bốn phối tử, tạo nên
16 nguyên tử. Phức chất này không thực hiện quy tắc 18 electron và bền nhưng chưa phản ứng.

Me
2

2

N (II) Cl
Pd
N 8 Cl
2

Me

2

tổng: 4 x 2e + 8e = 16e
a Pd(II) complex

Trạng thái oxi hóa của kim loại trong phức chất
Cũng như vấn đề vẽ liên kết, cũng có một vấn đề tiềm ẩn về các trạng thái oxy hóa. Bạn có thể nói rằng
ferocene là một phức của Fe (II), có ít hơn hai electron so với bình thường là tám, với hai anion
xiclopentadienyl đóng góp mỗi anion sáu electron, hoặc bạn có thể nói rằng nó là một phức của Fe (0), có
tám electron, với hai phối tử xiclopentadienyl, mỗi phối tử đóng góp năm electron. Cách tiếp cận đơn giản
nhất là nói rằng một kim loại đang ở trạng thái oxy hóa (0) trừ khi nó có liên kết σ với các phối tử như Cl,
AcO hoặc Me tạo thành liên kết với các electron dùng chung. Các phối tử trung tính như Ph3P cung cấp hai
electron riêng của chúng khơng ảnh hưởng đến trạng thái oxy hóa của kim loại.


LIÊN KẾT VÀ PHẢN ỨNG TRONG PHỨC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

Liên kết và phản ứng trong phức kim loại chuyển tiếp
Phần lớn các phối tử có một cặp electron duy nhất trong một obitan loại spn được lấp đầy có thể xen phủ
với một obitan 'dsp' của kim loại còn trống, xuất phát từ obitan d, p và s còn trống của kim loại, để tạo

thành một liên kết σ hai electron hai tâm thông thường. Phối tử kiểu này làm tăng mật độ electron trên
nguyên tử kim loại trung tâm.

L

M

M

L

obitan 'dsp' trống đầy cặp đơn độc trên phối tử phức σ

Tương tác liên kết cũng có thể xảy ra giữa các obitan d được lấp đầy bất kỳ trên kim loại và các obitan
phối tử cịn trống có tính chất đối xứng thích hợp như obitan π*. Điều này dẫn đến giảm mật độ
electron trên kim loại và được gọi là liên kết ngược. Một ví dụ sẽ là một phức chất với carbon monoxide.
Nhiều kim loại tạo nên những phức chất này và chúng được gọi là cacbonyl kim loại. Phối tử (CO) cho
cặp đơn lẻ trên cacbon vào một obitan trống trên kim loại trong khi kim loại cho các electron vào obitan
π* năng lượng thấp của CO. Bằng chứng trực tiếp cho liên kết ngược này là sự gia tăng độ dài liên kết CO và sự hạ thấp tần số dao động hóa trị phổ hồng ngoại từ sự khu trú của obitan π* của cacbonyl.

π cho từ kim loại
sang phối tử

M

C

M

C

M

O

C

O

O
obitan d trống sp lấp đầy trên phối tử obitan d lấp đầy π * trống trên phối tử

σ cho từ phối
tử sang kim loại

cho điện tử

cho điện tử

Khi một phối tử không bão hòa như một anken tiến lại gần kim loại để tạo thành phức liên kết π, các
tương tác tương tự dẫn đến liên kết. Các obitan π được lấp đầy của liên kết phối tử vào các obitan d
trống của kim loại, trong khi các obitan d được lấp đầy trên liên kết kim loại với các obitan π * trống
của phối tử. Kết quả là tạo phức π với liên kết kim loại - anken vng góc với mặt phẳng của anken.
Liên kết có cả đặc trưng σ và π.
obitan π lấp đầy
anken đóng vai trị là
chất cho σ

các obitan d kim loại đầy

obitan
kim loại
trống
cho electron

C

C
M

M

C

obitan π *
anken trống

M

C
phức π vng góc
cho electron

Sự phối trí với kim loại bằng bất kỳ phương pháp liên kết nào trong số này sẽ thay đổi đáng kể khả
năng phản ứng của các phối tử và điều này được khai thác trong hóa học cơ kim mà chúng ta sẽ thảo
luận trong phần cịn lại của chương. Bạn khơng cần phải hiểu tất cả các tính chất liên kết của phức
kim loại nhưng bạn cần có khả năng đếm electron, để nhận ra cả phức σ và π, và nhận ra rằng phức
chất hiện sự cân bằng giữa sự cho electron và sự hút electron của kim loại.

Phản oxi hóa cộng hợp chèn các nguyên tử kim loại vào liên kết đơn

Các phối tử tiềm năng khơng có một cặp đơn lẻ hoặc obitan loại π được lấp đầy vẫn có thể tương tác với các phức
kim loại chuyển tiếp nhưng chỉ bằng cách phá vỡ liên kết σ. Đây là bước đầu tiên trong nhiều q trình và được mơ
tả là q trình oxi hóa cộng hợp vì trạng thái oxi hóa hình thức của kim loại chuyển tiếp được nâng lên hai, ví dụ M
(0) thành M (II), trong q trình này. Đây là kết quả của việc có thêm hai phối tử mang điện tích âm hình thức. Bạn
đã thấy quá trình này trong quá trình hình thành chất phản ứng Grignard (Chương 9).

1073


1074

CHƯƠNG 40   HỢP CHẤT CƠ KIM

Mg(0)
R

Et2O OEt2

Mg

Br

R

Et2O

cấu trúc chất phản ứng
Grignard đúng có một số
(có lẽ là hai) phối tử ether

Mg

Br
R

Mg(II)

Br

Số lượng phối tử phối trí cũng tăng lên hai nên phức chất khởi đầu thường ở trạng thái oxy hóa thấp
(0 hoặc 1; giản đồ hiển thị 0) và không bão hịa phối trí, nghĩa là nó có vị trí trống cho phối tử và chỉ có
16 các điện tử, như (MeCN)2PdCl2, trong khi sản phẩm thường bão hòa phối trí, nghĩa là, nó khơng thể
chấp nhận phối tử khác trừ khi mất phối tử trước.

X oxi hóa cộng hợp X
M(0) +

M(II)
Y

Bạn sẽ thấy tại sao chất xúc
tác Wilkinson và các dẫn xuất
của nó là chất xúc tác quan
trọng của q trình hydro hóa
đồng thể trong Chương 41.

X

H

H

R

H R3Si

H (khơng cực)

H

X

R

X

X (electrophilic)

Y

Y

X

Q trình oxy hóa cộng hợp xảy ra đối với một số chất trung tính hữu ích, bao gồm hydro phân tử,
liên kết carbon-hydro và silan cũng như các liên kết phân cực hoặc các chất electrophilic có chứa ít
nhất một nguyên tử âm điện. Các chất tạo thành có liên kết kim loại-phối tử cho phép các biến đổi
hóa học hữu ích xảy ra. Các ví dụ quan trọng bao gồm việc phản ứng oxy hóa cộng hợp Pd (0) vào
aryl iodua và hoạt hóa của chất xúc tác Wilkinson để hydro hóa trong dung dịch bằng cách oxy hóa
cộng hợp vào phân tử hydro.

Pd(II)

Pd(PPh3)4
S

Rh(I)

Ph3P

Br

Br

Pd
S
Ph3P PPh3

Pd(0)

Ph3P

Rh

H2

PPh3
Cl

Ph3P
Ph3P

chất xúc tác Wilkinson

H Rh(III)
Rh H
Cl

Phức chất Vaska
Có một số cơ chế có thể xảy ra để phản ứng oxy hóa cộng hợp và cơ chế chính xác theo sau phụ thuộc vào
bản chất của các thành phần phản ứng. Phức chất Vaska [Ir(PPh3)2COCl] đã được nghiên cứu rộng rãi và
nó phản ứng khác nhau với hydro và methyl iodide. Hydro được cộng vào vào theo kiểu cis, phù hợp với sự
hình thành phối hợp của hai liên kết iridi-hydro mới. Phức hợp 16e (đếm chúng!), d8, Ir (I) trở thành một
chất 18e, d6, Ir (III) mới. Với metyl iodua, sản phẩm động học là sản phẩm của quá trình cộng trans, về mặt
hình học là khơng thể xảy ra từ một q trình phối hợp. Thay vào đó, một cơ chế giống SN2 được thực hiện
liên quan đến phản ứng thế nucleophin của iodua sau đó là sự tái tổ hợp ion.
Ir(III) CH
3

Ph3P

OC

H3C

Cl

Ir
I

PPh3

cộng trans

phức 18e

I

Ir(I)

Ph3P
OC

Ir(III)

Ir

PPh3

Phức Vaska
phức 16e

Ph3P H H
Ir
OC
PPh3
Cl

H2

Cl

cộng cis

phức 18e

Phản ứng tách khử hóa loại bỏ các nguyên tử kim loại và hình thành các liên kết đơn mới
Nếu chúng ta muốn sử dụng hóa học cơ kim để tạo ra các hợp chất hữu cơ khác với các hợp chất chứa
kim loại, chúng ta phải có khả năng loại bỏ các phối tử ra khỏi quả cầu phối trí của kim loại khi kết thúc
phản ứng. Các chất hữu cơ trung tính như anken, phosphines và carbon monoxide có thể phân ly đơn
giản khi có sự hiện diện của các phối tử thích hợp khác nhưng những chất liên kết với kim loại bằng các
electron dùng chung đòi hỏi một q trình tích cực hơn. May mắn thay, hầu hết các phản ứng xảy ra
xung quanh một kim loại chuyển tiếp là thuận nghịch và do đó, ngược lại của oxy hóa cộng hợp, được
gọi là tách khử hóa, cung cấp một con đường đơn giản để giải phóng các sản phẩm hữu cơ trung tính từ
phức chất. Phản ứng tổng quát của chúng tôi cho thấy M (II) đi đến M (0), giải phóng X – Y. Hai phối
tử này riêng biệt trong phức chất nhưng được liên kết với nhau trong sản phẩm. Một liên kết σ X-Y mới
đã được hình thành.
X
M(II)
Y

tách khử hóa

X
M(0)

+

Y

LIÊN KẾT VÀ PHẢN ỨNG TRONG PHỨC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

1075

Các phối tử cần loại bỏ phải là cis với nhau để xảy ra q trình tách khử hóa. Điều này là do quá trình
này được kết hợp với nhau. Hai ví dụ từ hóa học palladium làm rõ điều này. Sự nóng lên trong DMSO gây
ra sự sản sinh etan từ phức palladium đầu tiên vì hai nhóm metyl là cis trong phức hợp phẳng vuông.
Bisphosphine thứ hai phức tạp hơn buộc hai nhóm metyl trở thành trans và q trình tách khử hóa khơng
xảy ra trong cùng điều kiện.

Ph

P

Ph
Pd

P
Ph

Ph
Me DMSO
Me

Me

Pd

+

80 °C

Me

Ph

P

Ph

Ph

P

Ph

Me
P

Ph

Pd(0)

Pd(II)

Ph
Pd

Ph

P

Ph

Me

phối tử trans: không phản ứng

phối tử cis: tách khử hóa

Tất nhiên, khơng ai muốn tạo ra etan theo cách đó (nếu có) nhưng nhiều cặp phối tử khác có thể
được ghép cạp bằng cách tách khử hóa. Tách khử hóa là một trong những phương pháp quan trọng
nhất để loại bỏ kim loại chuyển tiếp khỏi chuỗi phản ứng, để lại sản phẩm hữu cơ trung tính. Chúng
ta sẽ thấy nhiều ví dụ khi chương phát triển nhưng đây là tổng hợp indole phụ thuộc vào quá trình
tách khử hóa ở palladium ở bước cuối cùng. Trong vật liệu ban đầu, palađi có hai liên kết σ chia sẻ
electron với C, và là Pd(II). Trong phản ứng, hai nhóm thế C liên kết với nhau để tạo thành vòng
indol và một loại chất Pd(0) bị tách ra.

Ph3P

R

PPh3
tách
khử hóa

R

Pd

N
H

SiMe3

+ (Ph3P)2PdL2

N
H

SiMe3

một indole

Pd(II)

Pd(0)

Chèn di trú xây dựng cấu trúc phối tử
Hai phối tử cũng có thể phản ứng với nhau để tạo ra một phức chất mới mà vẫn có phối tử composite
gắn với kim loại, sẵn sàng để thay đổi thêm. Quá trình này liên quan đến sự di chuyển của một trong
các phối tử từ kim loại này sang phối tử khác, và chèn một trong các phối tử vào liên kết kim loại - phối
tử kia. Nó được gọi là chèn di trú. Q trình chèn có thể đảo ngược và, vì kim loại mất hiệu quả một
phối tử trong quá trình này, quá trình chèn tổng thể có thể được thúc đẩy bởi việc cộng thêm các phối
tử bên ngoài (L) để tạo ra một phức bão hịa no. Cũng như q trình tách khử hóa, cần phải có chuyển
vị cis của các phối tử và nhóm di trú (X) vẫn giữ ngun tính chất lập thể của nó (nếu có) trong q
trình di chuyển.

X
M

Y

L

chèn di trú

no

X
X di chuyển từ M
sang Y khi Y chèn
vào liên kết M-X

Y

M

không no

L = R3P, CO

X

Y

M

no

Chất xúc tác Wilkinson được sử dụng trong q trình hydro hóa đồng nhất của anken. Chất xúc tác có

thể hịa tan trong nhiều dung môi hữu cơ như EtOH, cloroform, hoặc một số hydrocacbon. Anken tạo phức
với kim loại và chèn di trú tạo thành phức kim loại alkyl bằng cách chuyển hydro. Bước tiếp theo, q trình
tách khử hóa, thường diễn ra nhanh chóng để tạo ra ankan và một phức chất bổ sung phân tử hydro để tái
tạo chất xúc tác.

L và Ln
Chúng tôi biết rằng sản
phẩm Pd ở đây phải mang
nhiều hơn chỉ hai phối tử mà
nó cịn lại sau khi loại bỏ
giảm thiểu, nhưng sơ đồ
chúng tơi có ở đây khơng cho
chúng tơi biết chúng là gì.
Điều khá thơng thường trong
những trường hợp như vậy
— trong đó chúng ta quan
tâm đến cấu trúc của sản
phẩm hữu cơ hơn là phần
còn lại của phức — để chỉ
phối tử kim loại nói chung là
‘L’ hoặc ‘Ln’ cho một số lượng
không xác định các phối tử
chưa biết.
Di chuyển thường xảy ra với việc
bảo tồn cấu hình; xem Chương 36.


1076

CHƯƠNG 40   HÓA HỌC CƠ KIM

H

Ph3P

Ph3P

Rh H +

Ph3P

Phản ứng trùng hợp (polyme
hóa) được đề cập trong một
chương bổ sung mà bạn sẽ tìm
thấy trực tuyến.

R

Ph3P

Cl

H

H

Ph3P

R

Rh

Ph3P

Cl

H

H

Ph3P

Rh

Ph3P

R

Cl

R
Rh Cl +

Chèn di trú là cách chính để xây dựng chuỗi của phối tử hữu cơ trước khi tách bỏ. Nhóm được chèn vào
phải khơng bão hịa để có các liên kết bổ sung và các ví dụ phổ biến bao gồm cacbon monoxit, anken và
ankin, tạo ra phức kim loại – acyl, kim loại – alkyl và kim loại – alkenyl, tương ứng. Trong mỗi trường hợp,
sự chèn được thúc đẩy bởi các phối tử bên ngồi bổ sung, điều này có thể là sự tăng áp suất của cacbon
monoxit trong trường hợp cacbonyl hóa hoặc đơn giản là dư phosphine để chèn anken và alkyne. Về
ngun tắc, q trình kéo dài chuỗi có thể được lặp lại vô tận để tạo ra các polyme bằng phản ứng trùng hợp
Ziegler – Natta.

carbometallation
hoặc hydrometallation, R = H

cacbonyl hóa

CO + L
LnM

O

– L Ln+1M

R

+L
LnM

R

Ln+1M

–L

R

chèn alkyne

+L

R
Ln M
R

–L

R

Ln+1M

Một ví dụ của q trình cacbonyl hóa là phản ứng của tetracacbonyl ferrat dianion [Fe(CO)42−] với các
ankyl halogenua. Chất phản ứng này được tạo ra bằng cách phản ứng khử kim loại hòa tan của hợp
chất Fe(0) 18 electron Fe(CO)5. Việc bổ sung hai điện tử sẽ tạo ra một chất 20 điện tử không bền
nhưng việc mất đi một trong các phối tử với hai điện tử của nó sẽ khơi phục cấu trúc 18 điện tử bền.

Na/Hg

Fe(CO)5

Fe(CO)5

+2e

18e

–CO

2

Fe(CO)4

–2e

20e

2

2Na

18e

Anion sắt này là một nucleophile mềm tốt cho các alkyl halogenua và có thể được sử dụng hai lần để
tạo ra một monoanion đầu tiên với một nhóm alkyl và sau đó là một phức trung tính với hai nhóm alkyl
và bốn phối tử CO. Mỗi phức chất này có 18 electron. Nếu thêm CO bằng cách tăng áp suất, CO chèn
vào một liên kết Fe-C để tạo thành phức acyl sắt. Cuối cùng, q trình tách khử hóa ghép nhóm acyl với
nhóm alkyl khác trong một quá trình tổng hợp xeton đơn giản về mặt khái niệm. Không quan trọng liên
kết Fe – C nào chấp nhận phân tử CO: xeton không đối xứng giống nhau được tạo ra ở cuối.

R1

R1 Br
Fe(CO)4
tetracarbonyl
ferrate anion

OC
SN2

CO
CO

Fe
CO

R2 Br

CO
R2
CO
OC Fe CO
chèn di trú
CO

SN2

18e

R1

O

R1

18e

R2
CO
OC Fe CO
CO
phức sắt acyl

Bất kỳ phối tử hai điện tử nào tốt sẽ gây ra hiện tượng chèn CO: Ph3P thường được sử dụng thay vì
tăng áp suất CO. Phosphin cộng vào sắt và đẩy phối tử kém nhất (một trong những nhóm alkyl) đến phối
tử CO trong quá trình di chuyển phối tử. Chúng ta có thể biểu diễn điều này như cơ chế bên dưới, mặc
dù việc cộng phosphine và di trú alkyl có thể được phối hợp tốt để tránh sự hình thành phức 20 điện tử
như một chất trung gian.

R1
R2
CO
OC Fe CO
CO
18e

R1
Ph3P

R2
C O
OC Fe CO
Ph3P CO
20e

chèn
di trú

R1

O
R2

OC

Fe
CO
18e

CO
CO

tách
khử hóa

O
R2

R1


LIÊN KẾT VÀ PHẢN ỨNG TRONG PHỨC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP

1077

Sự kết hợp carbon monoxide mở rộng chuỗi carbon
Carbonyl hóa (phản ứng carbon monoxide vào các phân tử hữu cơ) là một q trình cơng nghiệp quan trọng
vì carbon monoxide là nguyên liệu một carbon thuận tiện và các phức hợp kim loại-acyl tạo thành có thể
được chuyển hóa thành andehit, axit và các dẫn xuất của chúng. Quá trình OXO là q trình hydroformyl
hóa các anken như propen và sử dụng hai đoạn chèn di trú để tạo ra các aldehyde có giá trị cao hơn. Mặc dù
một hỗn hợp được tạo thành, điều này có thể chấp nhận được từ nguyên liệu ban đầu rất rẻ và phong phú. Ở
đây phức kim loại là một chất xúc tác, không phải là một chất phản ứng tỷ lượng.

H
+

C

O

H

H

H

H

O

+

Chất xúc tác Rh
hoặc Co

H

O

Một chu trình xúc tác (đi theo chiều kim đồng hồ từ trên xuống) cho thấy các giai đoạn khác nhau của sự
phối trí anken, phản ứng hydrometallation (chèn di trú) để tạo ra một loại chất kim loại alkyl, sự phối trí của
carbon monoxide tiếp theo là phản ứng chèn di trú khác và cuối cùng là cắt khử hóa với hydro để tạo ra kim
loại –hydrua trung gian, sau đó sẵn sàng cho một chu trình khác. Các bước dẫn đến đồng phân aldehyde

chọn lọc vị trí khác và các phối tử trên kim loại được bỏ qua để rõ ràng.

sự hình thành phức π

tách khử hóa

O
H

H

BẮT ĐẦU Ở ĐÂY

M H
H

H

O
H

M

M H
chu trình
xúc tác của
q trình
OXO

chèn di trú

(cacbonyl hóa)

chèn di trú
(hydrometallation)

O
C
M

M

H
C

H

Cơ chế tương tác cho q
trình OXO

O

Sự tạo phức CO

Cơ chế của hai bước chèn di trú chính đáng được thảo luận. Phản ứng hydrometallation xảy ra bằng cách
tạo phức π ban đầu, sau đó là sự cộng kim loại vào đầu này của anken và hiđro vào đầu kia. Cả hai chất
đồng phân chọn lọc vị trí có thể được hình thành. Phản ứng chèn cacbonyl là một phản ứng di trú khác từ
kim loại sang nguyên tử cacbon của phối tử CO.

M H
sự hình thành phức π

M H
hydrometallation

M

M
H

C

O
H

carbonyl hóa

Phản ứng chèn có thể đảo ngược
Q trình ngược lại, decacbonyl hóa, cũng nhanh nhưng có thể bị bắt bằng cách duy trì áp suất cacbon
monoxit trên hỗn hợp phản ứng. Chiều nghịch của quá trình hydrometallation liên quan đến việc loại bỏ
một hyđrua khỏi cacbon liền kề của một ankyl kim loại để tạo thành một phức chất anken.


1078

CHƯƠNG 40 HĨA HỌC CƠ KIM

Q trình này được gọi là tách β hydrua hoặc đơn giản là tách β. Nó địi hỏi một vị trí trống trên kim loại
khi số lượng phối tử tăng lên trong quá trình và do đó được thuận lợi bởi sự thiếu hụt phối tử trong các
phức hợp 16 electron. Trong các cấu trúc phức tạp hơn, kim loại và hydrua phải syn với nhau trên chuỗi
carbon để có thể tách. Sản phẩm là một phức anken có thể làm mất anken trung tính chỉ bằng cách trao đổi

phối tử. Tách β là một bước cuối cùng quan trọng trong một số quá trình xúc tác kim loại chuyển tiếp,
nhưng nó có thể gây phiền tối vì Pd–Et (và các phức Pd–alkyl tương tự khác) khơng thể được sử dụng vì
q trình tách β diễn ra quá nhanh.

R

R

Tách β hydrua

R

LnM

Ln M H

Ln M

phức σ

+

H

H

phức π

Palladi là kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong xúc tác đồng
thể

Các bước cơ bản này tạo cơ sở cho hầu hết hóa học kim loại chuyển tiếp hữu cơ, và giống nhau bất kể kim loại
và cấu trúc chi tiết của các phối tử. Xúc tác kim loại chuyển tiếp là một lĩnh vực rộng lớn và đang mở rộng
nhanh chóng mà chúng ta khơng có khơng gian để thảo luận chi tiết toàn diện. Thay vào đó, chúng tơi sẽ tập
trung vào tính chất hóa học của một kim loại chuyển tiếp quan trọng và tiêu biểu: palladi. Các phản ứng được
xúc tác bởi Pd được sử dụng rộng rãi trong cả phịng thí nghiệm cơng nghiệp và học thuật, ở cả quy mô nhỏ
và quy mô rất lớn. Sự đa dạng của các phản ứng có thể được xúc tác bởi Pd cùng với phạm vi các nhóm chức
được dung nạp, và thường là tính chọn lọc nhóm chức và chọn lọc vị trí tuyệt vời, có nghĩa là hầu hết các q
trình tổng hợp các phân tử hữu cơ ở bất kỳ độ phức tạp nào giờ đây sẽ liên quan đến hóa học palladi trong
một hoặc nhiều bước quan trọng.

Phức hợp palladium được lựa chọn
Có rất nhiều phức chất có sẵn của palađi(0) và palađi(II). Tetrakis(triphenylphosphine)palađi(0), Pd(PPh3)4
và tris(dibenzylidene-acetone)dipalladi(0), Pd2(dba)3 hoặc phức clorofom, Pd2(dba)3•CHCl3, là khí- bền, là
những nguồn phổ biến nhất của palađi(0). Cấu trúc chi tiết của một số phức palladium, đặc biệt là các dime,
nằm ngoài phạm vi của cuốn sách này nhưng chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về các phản ứng. Các phức
palađi(II) thường bền hơn so với các phức hợp palađi(0) của chúng. Dichloride PdCl2 tồn tại dưới dạng
polymer và tương đối khơng hịa tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Tuy nhiên, (PhCN)2PdCl2 và
(MeCN)2PdCl2 (cả hai đều dễ dàng điều chế từ PdCl2) là các dạng hịa tan của PdCl2, vì các phối tử nitrile dễ
dàng thay thế trong dung dịch. Các phức bis(phosphine)palađi(II) clorua cũng bền trong khơng khí và dễ
dàng điều chế từ PdCl2. Tất nhiên, palađi là một kim loại đắt tiền—những phức này có giá khoảng £50–100
mỗi gam—nhưng cần rất ít cho một phản ứng xúc tác.
O
Ph3P
PPh3
Pd
Ph3P
PPh3
một phức Pd(0) bền

Ph3P

Cl
Pd
Ph3P
Cl
một phức Pd(II) bền

Ph

Ph

dba
dibenzylidene acetone

Hãy bắt đầu với việc xem lại tính chất hóa học cơ bản của palađi, vì bạn sẽ thấy nhiều ví dụ khác về
các bước này trong các tình huống chun biệt. Hóa học palladi bị chi phối bởi hai trạng thái oxy
hóa. Palladium(0) thấp hơn, có trong tetrakis(triphenylphosphine)palla-dium, chẳng hạn, trên danh
nghĩa là giàu electron, và sẽ trải qua q trình oxy hóa cộng hợp với các chất nền thích hợp như
halogenua hữu cơ, tạo ra phức palađi(II). Sự oxy hóa cộng hợp được cho là xảy ra trên các chất 14
electron khơng bão hịa phối trí, được hình thành bởi sự phân ly phối tử trong dung dịch.


PHẢN ỨNG HECK GHÉP CẶP VỚI NHAU MỘT HALOGEN HỮU CƠ HOẶC TRIflATE VÀ MỘT ANKEN

L

L
L +

L Pd L

Pd(0)
2 L + L Pd

L Pd

L

L

L

18e
khơng phản ứng

16e

R

R

X

oxi hóa cộng hợp

L Pd X
L
Pd(II)

X = halogen
hoặc CF3SO2

14e
phản ứng

1079

Liên kết Pd–R σ thu được trong các phức chất như vậy rất dễ phản ứng, đặc biệt đối với liên kết
carbon-carbon π. Do đó, một anken trong hệ phản ứng sẽ dẫn đến sự phối hợp, sau đó là chèn di trú
vào liên kết palađi-cacbon σ. Giống như q trình hydrometal hóa, q trình này là một quá trình chèn
di trú và được gọi là q trình cacbopalad hóa vì cacbon và palađi được gắn vào các đầu của hệ anken.
Khơng có sự thay đổi về trạng thái oxy hóa trong q trình này, mặc dù các phối tử (thường là
phosphin) phải phân ly để cho phép phối trí giữa anken và liên kết để tạo ra sản phẩm 16 electron cuối
cùng ổn định.

R2
R1 +

–L

L Pd X

R2

carbopalladation

L

+L

Pd X

R1

L

R2

R2

Pd X
R1

L

L

Pd X
R1

Pd(II)

L
Pd(II)

Với một số kim loại, quá trình phối trí và chèn olefin có thể tiếp tục, dẫn đến phản ứng trùng hợp, nhưng
với palladi, kim loại bị loại khỏi phân tử bằng phản ứng tách β-hydrua và sản phẩm là anken, cùng với phức
Pd(II). Để toàn bộ quá trình được xúc tác, sản phẩm Pd(II) này của q trình tách β-hydrua phải được
chuyển hóa thành Pd(0). Điều này xảy ra với sự có mặt của bazơ, loại bỏ HX khỏi các chất palladium(II).
Đây là một ví dụ khác về tách khử hóa: một ví dụ tạo thành hydro halogenua chứ không phải là liên kết
carbon-carbon hoặc carbon-hydro, như bạn đã thấy trước đó.

R2

tách β-hydrua

L

H

R2
+

Pd X
R1

L

Pd(II)

X

R1

L Pd L

bazơ

L Pd L

H
Pd(II)

Pd(0)

Tốc độ loại bỏ β-hydrua (trong phân tử và rất nhanh) có nghĩa là cơ chất ban đầu cho phản ứng oxy hóa
cộng hợp phải được lựa chọn cẩn thận—phải tránh sự có mặt của hydro tại carbon sp3 ở vị trí β. Do đó,
chất nền cho các phản ứng oxy hóa cộng hợp trong hóa học palađi thường là vinylic, allylic hoặc aromat và
không bao giờ là etyl hoặc n-propyl.

Phản ứng Heck ghép cặp với nhau một halogen hữu cơ hoặc
triflate và một anken
Tất cả các bước riêng lẻ được nêu ở trên kết hợp với nhau để tạo nên con đường xúc tác trong phản ứng
Heck mà chúng ta đã bắt đầu chương này. Phản ứng Heck ghép cặp một anken với một halogenua hữu cơ
hoặc triflate R1–X để tạo thành một anken mới. Nhóm R1 trong R1–X có thể là aryl, vinyl hoặc bất kỳ nhóm
alkyl nào khơng có β hydro trên ngun tử carbon sp3. Nhóm X có thể là halogen (Br hoặc I) hoặc triflate
(OSO2CF3). Các anken có thể là thế mono hoặc thế di và có thể giàu điện tử, nghèo điện tử hoặc -trung tính.
Bazơ khơng nhất thiết phải mạnh và có thể là Et3N, NaOAc hoặc dung dịch Na2CO3. Phản ứng rất tiện lợi!

Trifl ates
Anion triflat
(trifluoromethanesulfonat), CF3SO3−,
hoặc TfO−,
là một nhóm tách loại xuất sắc,
khơng bazơ. Nó thường được sử
dụng làm chất thay thế dựa trên oxy
cho halogenua và kim loại sẽ chèn
vào liên kết C–OSO2CF3. Triflate,
đặc biệt là triflate aryl và vinyl, có thể
được tạo ra một cách thuận tiện
bằng chất phản ứng Comins.
Chất phản ứng Comins

Cl
Tf = CF3SO2
N
ArOH

bazơ

NTf2
ArOTf


CHƯƠNG 40 HÓA HỌC CƠ KIM

1080

phản ứng Heck

Cơ chế tương tác cho chu
trình xúc tác Heck

B·HX

R1 X

Pd(0)

R2

oxi hóa

cộng hợp

PdL2

tách khử
hóa

chất xúc tác Pd(0)

H

+

bazơ

BẮT ĐẦU Ở ĐÂY

R1 X

(14e)

B
H
Pd(II)

(16e) L2Pd

X

phản

ứng
Heck

R1
X

L2Pd
R1

tách βhydrua

R2
sản phẩm

R1

X
R2

H

chất đầu

(16e)

Pd(II) L2Pd

H

R1

R2

carbometallation

Pd(II)
(16e)

R2

+

H

X

Việc thêm các nhóm aryl, vinyl hoặc thế vinyl xúc
tác palladi này vào các halogenua hoặc triflat hữu cơ
là một trong những phản ứng xúc tác palladi hữu ích
nhất về mặt tổng hợp. Phương pháp này rất hiệu quả
và thực hiện một chuyển hóa khó thực hiện bằng các
kỹ thuật truyền thống hơn. Cơ chế này liên quan đến
việc oxy hóa cộng hợp halogenua, chèn olefin và
phản ứng tách của sản phẩm bằng phản ứng tách βhydrua. Sau đó, một bazơ tái tạo chất xúc tác
palladi(0). Toàn bộ quá trình là một vịng (chu
trình ) xúc tác.
Đây là phản ứng Heck của việc ghép cặp hai chất
nền dị vòng. Hóa học dễ thực hiện, nhưng khơng
thể nếu khơng có chất xúc tác Pd.

1% Pd(OAc)2
+

S

N

Br

2% PAr3

S
N

Lưu ý tính chọn lọc vị trí: khơng giống như q trình cacbon hóa trên tr. 1077, phản ứng Heck thuận
lợi cho một đồng phân, và khi anken bị phân cực bởi một nhóm hút electron, liên kết C–C mới hình
thành ở đầu kia của anken. Cũng lưu ý trong ví dụ này và những ví dụ bên dưới rằng Pd được cộng vào
dưới dạng Pd(II), khơng phải Pd(0): hộp bên dưới giải thích cách thức hoạt động của điều này.
Các điều kiện nhẹ của phản ứng Heck có nghĩa là các axit amin được bảo vệ có thể được tạo ra mà khơng
có bất kỳ sự racemic hóa nào. Hai ví dụ dưới đây sử dụng một chất tương tự triphenyl phosphine bị cản trở
nhiều hơn, nhưng cơ chế là như nhau.

CO2R
+
(o-Tol)3P =

P
3

Me

tri(o-tolyl)phosphine

NHCbz

OTf
Br

OEt
+

O

Pd(OAc)2 10 mol%
(o-Tol)3P 20 mol%
K2CO3, DMF, Bu4NCl
Pd(OAc)2 5 mol%
(o-Tol)3P 20 mol%
Et3N, DMF

CO2R
77% hiệu suất

NHCbz
CO2Et

87% hiệu suất

Sự hình thành tại chỗ của Pd(0) bằng cách khử Pd(II)
Trong các phản ứng cần palađi(0), sự hình thành phức chất hoạt động có thể đạt được thuận tiện hơn
bằng cách khử phức palađi(II), ví dụ Pd(OAc)2. Sau đó, bất kỳ phosphine nào cũng có thể được sử dụng

trong phản ứng mà không cần phải tổng hợp và phân lập phức hợp palađi(0)–phosphine tương ứng.
Việc khử palađi(II) thành palađi(0) có thể đạt được với các amin, phosphin, anken và các chất cơ kim
như DIBAL-H, butyllithium hoặc trialkylaluminium. Các cơ chế đáng để khảo sát vì chúng minh họa các
bước cơ bản của hóa học cơ kim.


P H Ả N Ứ N G H E C K G H É P C Ặ P V Ớ I N H A U M Ộ T H A L O G E N H Ữ U C Ơ H O Ặ C T R I FL A T E V À M Ộ T A N K E N

cơ chế khử tại chỗ Pd(II) thành Pd(0)

H
Et3N

PdL2X2

N
Et2

Et3N

Pd(II)

PdL2X

II

Pd(0)

PPh3

X

Pd

AcO

OAc

chèn di trú X

đổi phối tử
alkene

hợp chất cơ kim

O

PdOAc
Ph3P

Pd(II)

PdL2 + HX

HPd L2X

X

đổi phối tử Ph P
3

PPh3 Pd(OAc)2

tách khử hóa

tách β-hydrua

đổi phối tử

X

P
Ph3

L

R
+

2MX

Pd(II)

Ph3P=O

OAc

HPdL2X

tách khử hóa

PdL2

Pd

Pd(0)

Ac2O
tách khử hóa PdL2
Pd(0)

Pd(II)

H

2 x RM

Ph3P

tách khử hóa

X

X tách β-hydrua

Pd

L

PdL2X2

O

Pd

HX
PdL2 +

R

R

Pd(0)

R

Ngược lại, các nhóm nhường điện tử như ete dẫn đến tấn công vào đầu anken bị thế bởi oxi để tạo ra sản
phẩm bị thế 1,1. Các phản ứng này phải được chi phối bởi sự tương tác của obitan π được lấp đầy của anken
với obitan d trống trên Pd. Trong ví dụ dưới đây, phản ứng Heck hoạt động ngay cả khi khơng có phối tử
phosphine.
OEt
Pd(OAc)2
Et3N

OEt
OTf

+

OEt

Pd
OAc

DMSO 60 °C

82% hiệu suấ

Vì phản ứng tách β-hydrua có thể đảo ngược, nên khi có sự lựa chọn thì các anken có thể bền hơn thường
dẫn đến kết quả. Phản ứng của ancol allylic đặc biệt quan trọng vì chất bền hơn trong số hai anken là enol
và hợp chất carbonyl được hình thành.

R

OH

X +

L2Pd

Pd(0)
bazơ

X
OH

R

R

chọn tách H

H

H màu xanh lá

O

R

OH

aldehyde

enol

Hydropalladi hóa–dehydropalladi hóa có thể dẫn đến đồng phân hóa anken
Tách β-hydrua có thể đảo ngược cung cấp một cơ chế để chuyển hóa xen kẽ các đồng phân chọn lọc vị trí
của anken và trình tự phản ứng sau đây cũng minh họa một điểm khác về bước tách khử: đó là tách syn và
các liên kết C–Pd và C–H phải che khuất một liên kết khác để tạo thành liên kết Pd–H. Cộng hợp oxy hóa
của aryl iodua vào phức hợp palladi(0), được hình thành từ Pd(OAc)2 bằng cách khử, tạo ra phức hợp
palladi(II) hoạt động ArPdOAcL2. Quá trình cacbopaladi hóa xảy ra như mong đợi trên một anken giàu
điện tử để tạo ra sản phẩm cộng aryl vào đầu oxy của anken theo kiểu syn. Tách β-hydrua phải xảy ra cách
xa nhóm aryl vì chỉ có một liên kết C–H syn với liên kết C–Pd. Anken đã di chuyển một vị trí xung quanh
vịng.

X

I
O
MeO

Pd(OAc)2
OMe

Bu4NCl
KOAc, PPh3

L2Pd

H
H

H
Ar

O

chỉ H màu
xanh bị
tách

Ar

X

H
PdL2

O

1081


CHƯƠNG 40 HĨA HỌC CƠ KIM

1082

Hydropalladi hóa theo nghĩa ngược lại tạo ra một phức σ mới, phức này có thể tách hydro màu đen hoặc màu lục.
Tách H màu xanh lá cây tạo ra enol ete, đây là anken bền nhất có thể do liên hợp.

X

X

H
PdL2

H

hydropalladi hóa

Ar

Pd

tách β-hydrua

Ar

O

X

PdL2

H

O

Ar

H

L
L

O

O

78% hiệu suất

MeO

OMe

Sản phẩm này hiện trải qua phản ứng Heck thứ hai liên quan đến naphthyl iodua:
I
O

O
Pd(OAc)2, PPh3, MeO

MeO

AgCO3, MeCN

OMe

OMe

93% hiệu suất

Cơ chế ban đầu là giống nhau. Tuy nhiên, enol ete có hai mặt diastereotopic: syn hoặc anti nhóm thế
thơm (Ar1) được giới thiệu trong bước đầu tiên. Palladi rất nhạy cảm với các hiệu ứng không gian và
thường tạo thành các phức ít bị cản trở hơn nếu có thể, do đó, palađi(II) tạo phức với bề mặt của enol ete
đối với Ar1. Đến lượt nó, điều này kiểm soát tất cả các bước tiếp theo, vốn phải là syn, dẫn đến sản phẩm
cuối cùng có hóa học lập thể anti. Yêu cầu tách syn-hydrua cũng giải thích ưu tiên chọn lọc vùng của phản
ứng tách. Trong cấu trúc vịng có liên kết σ, chỉ có một hydro (màu xanh lá cây) syn với palađi; cái trên
carbon mang nhóm thế naphthyl là anti và không thể bị tách. Sự di trú tiếp theo của anken bằng phản ứng
hydropalladi hóa bị ngăn chặn bởi bạc cacbonat, chất này nhanh chóng tách iodua khỏi chất trung gian,
ngăn cản sự tái hợp của Pd–H thành anken.

I
I
L2Pd
Ar1

O

I
Ar2
Ar1

O

H

carboPdL2
palladi hóa
2
Ar
Ar1

I
PdL2

L2 H
Pd

tách β-hydrua

O

Ar2

Ar1

O

Ar1

Ar2

O

Ar2

Phản ứng ghép chéo của hợp chất cơ kim và halogenua
Ngoài việc tách β-hydrua, một con đường quan trọng khác mà các chất trung gian palladi(II) có thể dẫn đến
các mảnh hữu cơ trung tính là tách khử. Điều này tạo thành cơ sở của cơ chế cho các phản ứng ghép chéo giữa
chất phản ứng cơ kim và halogen hữu cơ hoặc triflate.

R1 M

+

chất phản ứng cơ kim

R2 X
X = halide
hoặc triflate

Pd(0) cat.

R1 R2

sản phẩm
phản ứng ghép cặp

+

M

X

halogen kim loại

Đây là một phản ứng có vẻ rất hấp dẫn để tổng hợp, nhưng nếu khơng có chất xúc tác kim loại chuyển
tiếp thì hiệu suất rất thấp. Chúng tơi đã trình bày trong Chương 27 cách có thể tạo ra các silan vinyl với
sự kiểm sốt hóa học lập thể và chuyển hóa thành các dẫn xuất liti có khả năng baot tồn cấu hình. Cả
hai vinyl kim loại này đều khơng ghép cặp với riêng vinyl halogenua. Nhưng với sự có mặt của kim loại
chuyển tiếp—Cu(I) đối với Li và Pd(0) đối với Sn—phản ứng ghép cặp xảy ra đặc hiệu lập thể và cho
hiệu suất tốt.


PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO CỦA CÁC CƠ KIM LOẠI VÀ HALOGENUA

×

khơng phản ứng

R2

Br

BuLi

×

khơng phản ứng

Pd(0)

SnBu3

R1

R2

R1
R2

Br

Li

R1

1083

R2

R1

Cu(I)

Cơ chế của phản ứng ghép chéo được xúc tác bằng palladi bắt đầu, như trong phản ứng Heck, với
cộng hợp oxi hóa của halogenua hoặc triflate vào phức photphin palladi(0) ban đầu để tạo thành một
loại palladi(II). Nhưng bước tiếp theo là mới: đó là transmetallation, được gọi như vậy vì nucleophile

(R1) được chuyển từ kim loại trong chất phản ứng cơ kim sang palladium và phản ứng (X=halogenua
hoặc triflate) di chuyển theo hướng ngược lại. Phức palađi(II) mới với hai phối tử hữu cơ trải qua q
trình tách khử hóa để tạo ra sản phẩm được ghép và chất xúc tác palađi(0), sẵn sàng cho một chu trình
khác.

R2 X

X

PdL2
oxi hóa
cơng hợp
Pd(0)

R2 PdL2
Pd(II)

R1

R1 M
transmetallation
(chậm)

M X + R2 PdL2

R1 R2 +

PdL2

tái tạo xúc tác

tách khử
hóa

Pd(0)

Phản ứng này rất quan trọng vì nó cho phép ghép hai thành phần khác nhau (R1 và R2), được phân biệt
bằng cách được liên kết với kim loại M hoặc với halogenua hoặc triflate X. Cả hai thành phần tạo phức σ với
Pd nhưng đối tác halogenua (R2X) liên kết đầu tiên bằng cách oxy hóa cộng hợp và liên kết R2–Pd này phải
tồn tại trong khi đối tác kim loại (R1M) chuyển R1 thành Pd bằng transmetallation. Sau khi hai thành phần
được nối với nguyên tử palladi, chỉ có thể tạo thành sản phẩm ghép chéo. R2X kết hợp với Pd(0) và R1M với
Pd(II). Sau đó khơng thể có sự nhầm lẫn. Trái ngược với phản ứng Heck, ở đây kim loại xác định vị trí của
liên kết C–Pd mới.

PdL2
Pd(0)

R2X phản ứng với Pd(0)
oxy hóa cộng hợp

X
R2

R1

R1M phản ứng với Pd(II)

PdL2

X +

M

R2

transmetallation (chậm)

Pd(II)

PdL2

Đối tác halogenua (R 2 X) phải được lựa chọn cẩn thận, vì việc tách β-hydrua sẽ phân hủy chất
trung gian đầu tiên trong bước transmetallation chậm. Sự lựa chọn cho R 2 bị hạn chế đối với các
nhóm thế khơng có ngun tử β-hydro trên các ngun tử carbon sp 3 : vinyl, allyl, benzyl và
polyfluoroalkyl halogenua, triflat và phốt phát đều đã được ghép thành công. Chất phản ứng cơ kim
(R 1 M) có thể dựa trên magie, kẽm, đồng, thiếc, silicon, zirconi, nhôm hoặc bo và mảnh hữu cơ có
thể có nhiều cấu trúc khác nhau vì quá trình ghép nhanh hơn tách β-hydrua.

R1 M

R1 = hầu hết mọi thứ kể cả các ví dụ với β H
Cp = cyclopentadienyl

M = MgX, ZnX, Cu, SnR3, SiR3, ZrCp2Cl, AlMe2, B(OR)2, BF4–
R2 X R2 khơng được có các β H có thể tách

X = I, Br, (Cl), OTf, OPO(OR)2
O

Ar

X

X

X

Ar

X
RO

X

RF

X

RF = perfluoroalkyl

Sự khác biệt về khả năng phản ứng tương đối của iodua thơm và triffate đã được khai thác trong
quá trình tổng hợp tuần tự các terphenyl thế này bằng cách ghép cặp lặp đi lặp lại với chất phản ứng
cơ kẽm. Iốt phản ứng mạnh hơn được ghép cặp ở nhiệt độ phòng với palladi(0) và trifurylphosphine
nhưng cần phải làm ấm lên 65 °C để triflate tham gia vào q trình ghép cặp thứ hai.

■ Có một vấn đề trong việc
đặt tên cho hai đối tác phản
ứng. Đối tác halogenua (R2X)
đôi khi được gọi là
electrophile và đối tác cơ kim

(R1M) là nucleophile. Những
tên này mô tả bản chất của
chất phản ứng hơn là cơ chế
của phản ứng và chúng tôi sẽ
không sử dụng chúng.

Phản ứng ghép cặp được
đặt tên
Các phản ứng được xúc tác
bởi palladi liên quan đến các
đối tác cơ kim dựa trên B,
Mg, Sn và Zn đặc biệt quan
trọng và thường được gọi
bằng tên của những người
phát hiện ra chúng: phản ứng
ghép cặp Suzuki cho B, ghép
cặp Kumada cho Mg, ghép
cặp Stille cho Sn và ghép cặp
Negishi đối với Zn.


CHƯƠNG 40 HĨA HỌC CƠ KIM

1084

R2
I

ZnBr

Pd(dba)2

ZnBr

TfO

Pd(dba)2

THF, RT
+

TfO

+

R1

3P

O
■ Giải Nobel cho

hóa học cơ kim

Hóa học cơ kim đã là một
chủ đề phổ biến cho ủy ban
giải thưởng Nobel. Năm
1912 Grignard (Mg) đã
giành giải thưởng, năm 1973
Wilkinson và Fischer cho các

hợp chất 'sandwich' (như
ferrocene), năm 2005
Chauvin, Grubbs và Schrock
cho anken metathesis, và
năm 2010 Heck, Negishi và
Suzuki (Stille đã chết năm
1989) cho các phản ứng ghép
cặp xúc tác kim loại chuyển
tiếp.
■ Trong các phản ứng của
triflate, một nguồn halogenua
(điển hình là LiCl) thường
được u cầu vì triflate là một
phản ứng ngược và có thể
không liên kết với kim loại
dưới dạng phối tử: clorua có
thể thay thế nó.
OTf Pd(PPh3)4
LiCl
R

oxi hóa
cộng hợp R

Cơ chế tương tác cho chu
trình xúc tác phản ứng ghép
cặp Stille

phối tử

R2 phosphine R

R1

R

R

THF, 65°C

72–88% hiệu suất

R1
74–89% hiệu suất

Mặc dù có nhiều loại chất phản ứng cơ kim có thể được sử dụng, nhưng có hai loại được chứng minh là
đặc biệt phổ biến vì chúng là chất trung gian bền theo cách riêng của chúng và có thể được điều chế và tinh
chế riêng biệt trước phản ứng ghép cặp. Những phản ứng ghép chéo này được biết đến với tên của hai nhà
hóa học mà cơng trình của họ đã tạo nên những phản ứng rất có giá trị. Phản ứng ghép cặp Stille sử dụng
stannane làm thành phần cơ kim (R1M) trong khi ghép cặp Suzuki dựa vào axit boronic.

Phản ứng ghép cặp Stille sử dụng stannanes làm thành phần cơ kim
Kể từ khi được phát hiện vào cuối những năm 1970, phản ứng ghép cặp Stille đã được sử dụng rộng rãi để
ghép cặp cả hệ thơm và vinylic.

Pd(PPh3)4

OTf

(5 mol%)

+

Bu3Sn
LiCl, THF

78% hiệu suất

Cơ chế này liên quan đến việc oxy hóa cộng hợp vinyl hoặc triflat thơm hoặc halogenua để tạo ra chất
trung gian organopalladi. Quá trình transmetallation với organostannan tạo thành một chất trung gian
organopalladium khác với hai liên kết Pd–C σ. Một bước tách khử hóa giải phóng sản phẩm và do đó tái tạo
chất xúc tác palladi(0). Vinyl triflate có thể được tạo ra từ aldehyd hoặc xeton có thể enol hóa và aryl triflate
từ phenol, nhưng phản ứng này cũng có tác dụng với vinyl và aryl halogenua.

Ph3P

PPh3
Pd

Ph3P

X

PPh3
Pd

Bu3Sn

Ph3P

X=

OTf or Cl transmetallation R
(chậm)

tách
khử hóa

+ Pd(PPh3)4

tái tạo xúc tác

R

Phản ứng Stille được sử dụng rộng rãi để tạo liên kết giữa các nguyên tử cacbon sp2, nhưng nó cũng
hoạt động với các nguyên tử cacbon sp: ví dụ dưới đây là sự hình thành đầy thách thức của vòng 10
cạnh chứa hai ankin.
xúc tác

Bu3Sn

Pd(PPh3)4

OTf

Et3SiO

OTBS

OSiEt3
OTBS

THF

OH

OH

46% hiệu suất

The Stille coupling may be combined with carbonylation in two ways. Acid chlorides may be used as
substrates for the reaction with vinyl or aryl stannanes, although an atmosphere of carbon monoxide is
frequently required to prevent decarbonylation after the oxidative addi-tion step.

SnBu3

O
+

O

O

xúc tác

PdCl2(PPh3)2
Cl
THF

O

PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO CỦA CÁC CƠ KIM LOẠI VÀ HALOGENUA

1085

Đơn giản chỉ cần thực hiện một phản ứng Stille bình thường với sự có mặt của carbon monoxide cũng có
thể dẫn đến các sản phẩm carbonyl hóa. Những phản ứng này có thể diễn ra trong dung dịch bão hịa CO,
dưới một áp suất khí quyển. Sử dụng các điều kiện này, có thể thu được sản lượng tuyệt vời của sản phẩm
carbonyl hóa mà khơng có bất kỳ sản phẩm ghép thông thường nào hiện diện.
O
I

Me3Sn

OEt

xúc tác

OEt

OEt

Pd(PPh3)4/CO

+
1,4-dioxane
80% hiệu suất

khơng hình thành

Cơ chế này tn theo cơ chế của phản ứng ghép cặp Stille bình thường, ngoại trừ carbon monoxide trước

tiên trao đổi với một trong các phối tử phosphine và sau đó chèn rất nhanh để tạo ra phức hợp acyl
palladi(II). Quá trình transmetallation với vinyl stanane theo cách thơng thường tạo thành trimethylstannyl
iodide và phức palađi chính mang hai phối tử carbon. Q trình transmetallation ln là bước chậm trong
các phản ứng liên kết này, cho phép có thời gian để đưa carbon monoxide vào. Bước cuối cùng—tách khử
hóa—giải phóng chất xúc tác Pd(0) cho chu trình tiếp theo.

I

L

PdL2

Pd

chén oxi
hóa

O

L
I

C

CO

Pd

đổi
phối tử

O

L
I

+L
carbonyl hóa

L

Pd

I
L

phức Pd(II) acyl
phức Pd(II) acyl

+

Me3Sn

OEt

Me3Sn

O

I

transmetallation

L

OEt
Pd

O
OEt
tách khử
hóa

L

Cơ chế tương tác cho chu
trình xúc tác phản ứng ghép
cặp carbonyl hóa Stille

Các loại acyl palladi phản ứng giống như các dẫn xuất axit hoạt động
Q trình carbonyl hóa halogenua hoặc triflate cung cấp một lộ trình trực tiếp đến một loạt các dẫn xuất
acyl mở rộng chuỗi. Nhóm cacbonyl được thế bằng PdX (X = halogenua hoặc triflate) là một tác nhân acyl
hóa dễ phản ứng, giống như một anhydrit axit, vì PdX là một nhóm tách loại tốt. Phản ứng với ancol và
amin tạo ra este và amit, trong khi phản ứng khử với tributyltin hydrua tạo ra andehit. Sự tấn công nội phân
tử của ancol dẫn đến lacton, như đã được chứng minh trong quá trình chuyển hóa vinyl iodua thành 2Hfuranone (butenolide). Chúng ta sẽ thấy nhiều hơn về những phản ứng này sau.
R2

R2

R2

Pd(0)
R1

I

CO
R1

L2Pd

HO

I

chèn

HO

R2

L
L Pd
I

R1
O O

tách khử
O
hóa

R1

O

H

Cơ chế tương tác để hình
thành butenolide cacbonyl hóa
xúc tác palladi

Phản ứng ghép cặp Suzuki ghép axit boronic với halogenua
Phản ứng ghép cặp Suzuki của axit boronic hoặc este với vinyl hoặc aryl halogenua hoặc triflate có lẽ
được sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các phản ứng ghép chéo. Phiên bản gốc, lần đầu tiên được báo
cáo vào năm 1979, liên quan đến q trình hydroborat hóa một alkyne với catecholborane, sau đó là
phản ứng ghép cặp được xúc tác bằng palladi(0) của vinyl boronate thu được với một iodua hoặc
bromua thơm. Q trình hydroborat hóa nói chung là chọn lọc theo vùng đối với vị trí ít bị cản trở hơn
và việc cộng boron và hydro xảy ra theo kiểu đặc hiệu lập thể cis.

R1

R2
O
H

B
O

nhiệt
hydroboration

R1

R2

H

B O
O

Ar

Br

Pd(PPh3)4
NaOEt

R1

R2

H

Ar

Hydroborat hóa được đề
cập trong Chương 19, tr. 446.


1086

Một số phương pháp tổng hợp
anken có kiểm sốt dạng hình
học liên kết đơi đã được trình
bày trong Chương 27.

CHƯƠNG 40   HĨA HỌC CƠ KIM

Như trong phảnghép Stille, dạng hình học của cả hai thành phần khơng bão hịa được bảo tồn
trong q trình ghép cặp, vì vậy đây là một phương pháp tuyệt vời để tổng hợp chọn lọc lập thể của
dien. Q trình hydro hóa octyne sau đó là quá trình thủy phân boronat chỉ tạo ra axit boronic Evinyl. Kết hợp với Z-vinyl bromua trong toluene với xúc tác palladi(0) với kali hydroxit làm bazơ
tạo ra E,Z-diene với hiệu suất tốt. Những dien này rất hữu dụng trong phản ứng Diels–Alder
(Chương 34).
1. heat

O

Br

C6H13

C6H13

H

2. H2O

O

C6H13

B(OH)2

B

H

90%
hiệu suất

(PPh3)2PdCl2
KOH, toluene

75% hiệu suất

H

Loại phản ứng này đã được sử dụng trong quá trình tổng hợp các đơn vị khơng bão hịa của một loạt các
hợp chất thiên nhiên, bao gồm trisporol B. Bước quan trọng là tổng hợp được điều khiển lập thể của E,Zdiene. Hình dạng của cả hai liên kết đơi đều có tính đặc hiệu lập thể với việc duy trì cấu hình từ các đồng
phân hình học đơn lẻ của chất đầu.

O

O

O

O
+

BR2

O

Pd(PPh3)4

O

I

O

O

NaOEt

OBn

52% hiệu suất

OBn

Cơ chế của phản ứng ghép cặp Suzuki rất giống với cơ chế của phản ứng ghép cặp Stille. Phản ứng oxy
hóa cộng hợp vinylic hoặc halogenua thơm vào phức palađi(0) tạo ra chất trung gian palađi(II). Sau đó, chất
này trải qua q trình chuyển hóa transmetallation với alkenyl boronat, từ đó sản phẩm được loại bỏ bằng
q trình tách khử hóa, tái tạo chất xúc tác palladi(0). Sự khác biệt quan trọng là bước transmetallation, điều
này giải thích sự cần thiết của một bazơ bổ sung, thường là natri hoặc kali ethoxide hoặc hydroxit, trong
phản ứng ghép cặp Suzuki. Bazơ tăng tốc bước transmetallation, dẫn trực tiếp đến borat, có lẽ thơng qua
phức 'ate' nucleophilic hơn.

R

R

O

thông qua phức 'ate'
nucleophilic hơn

NaOEt

O

O

B

EtO

B

O

EtO

O
O

NaBr
transmetallation

Br
PdL2
Cơ chế tương tác cho chu trình
xúc tác phản ứng ghép cặp
Suzuki

B

PdL2

Các chất nền cồng kềnh đòi hỏi được dung nạp tốt và phản ứng ghép cặp Suzuki thường được sử
dụng cho các phản ứng ghép chéo aryl–aryl. Ví dụ này có ba nhóm thế ortho xung quanh liên kết mới
hình thành (được đánh dấu bằng màu đen) và vẫn cho hiệu suất tuyệt vời.

B
OMe O

O

I

Pd(PPh3)4

+

DMF, K3PO4

85% hiệu suất

OMe

Dị vòng thơm cũng ghép cặp tốt. Vị trí 2 của pyridin rất electrophilic và khơng phải là nucleophilic
(Chương 29) nhưng các phản ứng ghép cặp ở vị trí này tốt với halogenua hoặc axit boronic ở vị trí đó.


PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO CỦA CÁC CƠ KIM LOẠI VÀ HALOGENUA

Rõ ràng, thật sai lầm khi coi một trong hai nhóm thế này đóng góp một 'cacbon nucleophilic'. Tốt hơn
là xem phản ứng như một sự ghép cặp của hai đối tác bằng nhau với hai nhóm thế (halogenua và axit
boronic) là các yếu tố kiểm soát để đảm bảo phản ứng ghép chéo và ngăn chặn quá trình dime hóa.

(HO)2B

Pd(PPh3)4

56% hiệu suất

+

N

Br

N

Et4NBr, KOH

N

benzene

t-Bu

N
t-Bu

OMe
Br

+

B(OH)2

83% hiệu suất

KOt-Bu

N

t-Bu

OMe

Pd(PPh3)4,

DME 18 giờ hồi lưu

t-Bu

N

Phản ứng ghép cặp với alkynes: phản ứng Sonogashira
Sự kết hợp của alkynes đầu mạch với aryl hoặc vinyl halogenua dưới xúc tác palladi được gọi là phản
ứng Sonogashira và khá giống với phản ứng Heck. Đó là một q trình xúc tác, địi hỏi phức
palladi(0); nó được thực hiện với sự có mặt của bazơ và thường sử dụng đồng iodua làm chất đồng
xúc tác. Một đối tác—aryl hoặc vinyl halogenua—giống như trong các phản ứng ghép cặp của Stille
và Suzuki nhưng alkyne khơng cần kim loại để hoạt hóa nó: phản ứng xảy ra với chính alkyne.

Ar

Pd(0), CuI

+

X

aryl halogenua

H

R

R + Et2NH.HX

Ar
Et2NH

alkyne đầu mạch 25 °C, 3–6 giờ sản phẩm ghép cặp

Các điều kiện nhẹ thường được sử dụng, thường là nhiệt độ phịng, có nghĩa là phản ứng có thể được sử

dụng với các chất nền nhạy cảm với nhiệt. Đến đây thì các bạn đừng ngạc nhiên về cơ chế nhé! Sự oxy hóa
cộng hợp của halogenua hữu cơ tạo ra chất trung gian palladi(II) trải qua quá trình transmetallation với
đồng alkynyl (được tạo ra từ alkyne đầu mạch, bazơ và đồng iodua). Tách khử hóa với sự ghép cặpcủa hai
phối tử hữu cơ tạo ra sản phẩm và tái tạo chất xúc tác palladi(0).

H

R

Ar

X

Et2NH
CuI

R

Cu
Ar

Pd(0)
oxi hóa cộng hợp

Pd(0)

Ar
L Pd

L Pd X

R

tách
khử hóa

L

Ar

R

sản phẩm ghép cặp

L

Thơng thường, như trong phản ứng Heck, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng dẫn xuất Pd(II) bền và hòa
tan như bis(triphenylphosphine)palađi(II) clorua thay vì Pd(0). Điều này được giảm nhanh chóng tại
chỗ để tạo ra một loại chất palladi (0) khơng bão hịa phối trí, hoạt hóa xúc tác. Dạng hình học của
anken thường được giữ nguyên sao cho dichloroetylen cis (Z) và trans (E) tạo ra hai đồng phân hình học
khác nhau của enyne dưới đây với độ tinh khiết hóa học lập thể >99% cũng như hiệu suất tuyệt vời.

Cl
Z

Cl

H

C5H11

C5H11
Pd(PPh3)4,
CuI
BuNH2
25 °C, 5 giờ

Cl
E

Z

Cl

95% hiệu suất

Cl

H

C5H11

C5H11
Pd(PPh3)4,
CuI
E

BuNH2
25 °C, 5 giờ

Cl

98% hiệu suất

1087


1088

CHƯƠNG 40 HĨA HỌC CƠ KIM

Ene-diynes và đóng vịng Bergmann
Phản ứng Sonogashira cung cấp một cách quan trọng để tạo ra thuốc kháng sinh ene-diyne. Các ene-diyne
đối xứng có thể được tổng hợp trong một bước từ hai phân tử của alkyne đầu mạch và Z-dihaloethylene.
Phần ene-diyne của phân tử thực hiện đóng vịng Bergmann đáng chú ý để tạo ra diradical benzen: enediyne có thể thâm nhập vào DNA và gốc tự do có thể phản ứng với nó, tạo ra hoạt tính chống ung thư của
hợp chất. Tuy nhiên, để tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học cao nhất, phản ứng được thực hiện tuần
tự, cho phép các nhóm chức khác nhau trên mỗi đơn vị alkyne.
R
X

đóng vịng
Bergmann

Pd(0), CuI
+

H

ene-di-yne

R

R

Et2NH

X

diradical phản ứng có thể
làm hỏng DNA

R
R

Cl
+ H

OR

Cl

Pd(PPh3)4, CuI
SiMe3

OR
H

+

BuNH2

Cl

Pd(PPh3)4, CuI
BuNH2
80% hiệu suất

75% hiệu suất SiMe3

●

SiMe3

Phản ứng ghép cặp được xúc tác bằng palladi: tóm tắt

Phản ứng ghép cặp
của aryl hoặc vinyl
halogenua với. . .

Ví dụ điển hình (X=I, Br, OTf)

Xem trang

Tên
phản ứng

1079

Heck

1084

Stille

1085

Suzuki

1087

Sonogashira

Ar
một alkene

Ar–X
R

R

một amine

R

R2 R1

SnBu3 X

Pd xúc tác.
+ phối tử

R2

R2
B(OR)2
R1

R2

X
Pd xúc tác.
+ phối tử

Ar–X
một alkyne

or

Pd xúc tác.
+ phối tử

một aryl hoặc vinyl 1
R
stannane

một aryl hoặc
vinylboronic acid
hoặc ester

Ar

R1

Ar

Pd xúc tác.
+ phối tử

R

X
NH
R2

Pd xúc tác.
+ phối tử

R1

R1

R

N

1092 (xem Buchwaldchương sau) Hartwig

R2

Các allylic electrophiles được hoạt hóa bởi palladi (0)

Các hợp chất allylic với các nhóm tách loại tốt, chẳng hạn như bromide và iodide, là các tác nhân alylat hóa
tuyệt vời nhưng chúng bị mất khả năng chọn lọc vị trí do sự cạnh tranh giữa các phản ứng SN2 và SN2′
trực tiếp.


CÁC ALLYLIC ELECTROPHILES ĐƯỢC HOẠT HÓA BỞI PALLADI (0)

1089

Vấn đề này đã được mô tả trong Chương 24. Ngược lại, các phức cation π-allyl của palladium cho phép
kiểm soát cả hóa học lập thể và hóa học vị trí của các phản ứng thế nucleophin.
Pd(0)

X

Nu

+

X

Nu

Pd

phức allyl cation

Phức cation Pd π-allyl

Ngoài ra, việc để lại các nhóm (X) thường được coi là không tương tác vẫn hoạt động, điều này làm

cho quá trình tinh chế và xử lý các chất đầu dễ dàng hơn. Acetate (X=OAc) là nhóm tách loại được sử
dụng phổ biến nhất, nhưng một loạt các nhóm chức khác (X=OCO2R, OPO(OR)2, Cl, Br, OPh) sẽ thực
hiện vai trò tương tự. Chu trình xúc tác đầy đủ được hiển thị bên dưới, với phức π-allyl trung gian ở
trạng thái cân bằng giữa dạng trung tính, có nhóm tách loại phối trí với palađi và phức π-allyl cation.

Nu

X

PdL2
Pd(0), 14e

phân ly

kết hợp

X

Nu
phức π

PdL2

BẮT ĐẦU Ở ĐÂY

Pd(II), 16e

PdL2

Pd(0), 14e

phức π

Bạn có thể biểu diễn phức
cation π-allyl của palladium
theo hai cách. Hoặc bạn vẽ
một nhóm allyl trung tính
tạo phức với Pd+ hoặc bạn vẽ
một cation allyl tạo phức với
Pd trung tính. Mặc dù cách
đếm là khác nhau (Pd+ chỉ có
9 electron: allyl trung tính có
3, nhưng cation allyl chỉ có
2), cả hai đều có dạng η3 16
electron, cũng giống như
chúng chỉ là những cách vẽ
khác nhau của điều tương tự.
Phức cation Pd π-allyl

X
Pd(II), 16e

cộng
nucleophile

L
Nu

Pd

L

X

phức η3 allyl cation

L

oxi hóa
chèn vào C–X

Pd

L

X

L

phức η3

Pd(II)

OAc

Pd(PPh3)4

oxidation
OAc to Pd(II)

L2Pd

Pd(0)
NHR

H2NR

Pd(0)

Phản ứng nội phân tử hoạt động tốt để tạo ra các vịng dị vịng—tính chọn lọc vị trí lại thường được xác
định bởi độ dài của mạch và khoảng cách mà nó có thể vươn tới. Ở đây, sản phẩm hợp nhất 6/5 được ưu
tiên hơn sản phẩm bắc cầu chứa hai vòng bảy.
OAc
Pd(PPh3)4
N
H

Ph

Ph
H
N

PdLn

Ưu tiên các vòng
hợp nhất 6/5

Pd(0)
H

L

9+3+2+2
= 16e

Các nucleophile mềm thường cho kết quả tốt nhất: các enolate bền như malonat hoặc xyanua, là tốt nhất
cho sự hình thành liên kết carbon-carbon, nhưng đối với sự hình thành liên kết C–X (X=O, N, S) thì phản
ứng thành cơng với các alkoxide, amin và thiolates (RS−). Trong ví dụ dưới đây, một nucleophile amin tấn
công hệ allyl để tạo ra sản phẩm bền hơn với liên kết đôi trong vịng.

L2Pd

Pd

NHBn

Phản ứng thường tiến hành với việc duy trì cấu hình ở trung tâm phản ứng. Như trong các phản ứng thế
SN2 xảy ra với sự bảo tồn cấu hình (Chương 36), điều này thực sự cho thấy một sự đảo ngược kép. Phối trí
của Pd với liên kết đơi của allylic axetat xảy ra ở mặt ít bị cản trở hơn đối diện với nhóm tách loại và chúng
ta có thể coi bước oxy hóa cộng là phản ứng thế nucleophin nghịch chiều của nhóm tách loại bởi một cặp
electron Pd. Sau đó, nucleophile cộng vào mặt của phức cation π-allyl Pd đối diện với Pd. Kết quả cuối
cùng là phản ứng thế của nhóm tách bởi nucleophile với sự bảo tồn cấu hình. Sau đó,

L

Pd

L

10 + 2 + 2 + 2
= 16e

Cơ chế tương tác cho chu trình
xúc tác phản ứng ghép cặp qua
trung gian π-allyl palladi


CHƯƠNG 40 HÓA HỌC CƠ KIM

1090
■ Các mũi tên trên hai sơ đồ ở
giữa là cách tốt nhất chúng ta có
thể làm để chỉ ra cách Pd(0) sử
dụng các electron của nó để loại
bỏ nhóm tách loại để trở thành
Pd(II) và cách nó tiếp nhận
chúng trở lại khi nucleophile
cộng vào. Chúng khơng hồn
hảo: thường rất khó để vẽ các mũi
tên chính xác cho các cơ chế cơ
kim, nhưng đáng để suy nghĩ về
điều gì đang xảy ra với các
electron trong các bước này và
các mũi tên cong giúp chúng ta
làm được điều này.

nucleophile tấn cơng từ mặt ít bị cản trở hơn của phức π-allyl thu được (nghĩa là cách xa kim
loại), dẫn đến việc duy trì cấu hình tổng thể.
X

X

O

đảo cấu hình

R

'SN2'

đảo cấu hình

R

R

Phản ứng của allylic axetat này với muối natri của axit của Meldrum chứng tỏ khả năng duy trì cấu hình
trong quy trình được xúc tác bằng palladi(0). Tetraaxetat và phức π-allyl trung gian là đối xứng, do đó loại
bỏ bất kỳ sự mơ hồ nào trong quá trình hình thành hoặc phản ứng của phức π-allyl và do đó trong hóa học
chọn vị trí của phản ứng tổng thể.
OAc

O

O
OAc

+

O
OAc

Pd2(dba)3·CHCl3
PPh3

O

AcO

O

AcO

O

O
O

AcO

enolate của axit Meldrum

73% hiệu suất

Vinyl epoxit cung cấp bazơ alkoxide riêng của chúng
Vinyl epoxit và allylic cacbonat là những chất electrophiles đặc biệt hữu ích vì dưới ảnh hưởng của
palladi(0) chúng tạo ra một bazơ alkoxide, vì vậy khơng cần thêm bazơ với những chất nền này. Phản
ứng tổng thể diễn ra trong các điều kiện gần như trung tính—lý tưởng với các chất nền phức tạp và nhạy
cảm. Việc giảm sức căng trong vòng ba thành viên thúc đẩy phản ứng với palladi(0) để tạo ra chất trung

gian zwitterionic. Sự chuyển proton hoạt hóa nucleophile và tấn cơng vào đầu ít bị cản trở hơn của chất
trung gian π-allyl palladi tốt hơn là dẫn đến việc phản cộng-1,4 của NuH.

O
O
O

Axit Meldrum

Pd

Pd

O Pd(0)

■ Đối với nhiều sơ đồ còn
lại trong chương, chúng ta sẽ
bỏ qua các phối tử bổ sung ở
palladium để đơn giản.

Pd

O

Nu

O

H

2

4

Nu
Nu

3

OH

1

OH

Việc duy trì hóa học lập thể được thể hiện bằng phản ứng của malonate được thế với
epoxycyclopentadiene. Palladi cộng vào phía đối diện với epoxide để nucleophile buộc phải cộng từ cùng
phía với nhóm OH. Khơng cịn nghi ngờ gì nữa, điều này giúp tính chọn lọc vị trí-1,4.

Sản xuất vinyl epoxit
Quá trình tổng hợp vinyl epoxit từ
diene được đề cập trong Chương 19.
Monoepoxide được hình thành đầu
tiên vì diene có nhiều tính
nucleophilic hơn so với anken trong
monoepoxide. Khó khăn chính là
monoepoxide chuyển vị với xúc tác
axit từ sản phẩm phụ, axit cacboxylic
của peroxyaxit được sử dụng trong
q trình epoxid hóa. Giải pháp rất

đơn giản: hỗn hợp phải được đệm để
giữ độ axit thấp.

CO2Me

CO2Me

O
Pd2(dba)3·CHCl3

CO2Me

HO

CO2Me Ph2P

H

PPh2

CO2Me
HO

CO2Me
55% hiệu suất

Pd

Allylic cacbonat tạo ra alkoxide cần thiết bằng cách decarboxyl hóa anion cacbonat bị thế trong quá
trình hình thành chất trung gian π-allyl palladi. Deproton hoạt hóa nucleophile, chất này nhanh

chóng bẫy phức π-allyl palladi để tạo ra sản phẩm được allylat hóa, tái tạo chất xúc tác palladi(0).

AcO2H
Na2CO3,
NaOAc

PdLn

phức hóa

AcO
Axit Meldrum có enolate
được giải tỏa rất bền: nó có
tính axit như axit cacboxylic
(pKa 4,97) và tính bền bất
thường của enolate đến từ
cấu dạng cố định của hai
nhóm carbonyl.

PdLn

'SN2' – X

Pd(0)
R

Nu

Nu

O
O

OR

O

Pd(0)
Pd

O
CO2 + RO

H

Nu

OR
+

O

OR

Pd

O

O
Nu

Nu
Pd

+ Pd(0)


CÁC ALLYLIC ELECTROPHILES ĐƯỢC HOẠT HÓA BỞI PALLADI (0)

Trost và nhóm của ơng đã sử dụng cả hai loại alkyl hóa được xúc tác bằng palladi này trong q
trình tổng hợp aristeromycin từ epoxycyclopentadiene. Hóa học lập thể cis của chất tương tự
nucleotide vịng carbo này có tầm quan trọng hết sức quan trọng và được kiểm sốt hồn tồn bằng
cách duy trì cấu hình trong cả hai phản ứng thế.
Phản ứng đầu tiên là giữa epoxycyclopentadiene và adenine, một trong những khối xây dựng dị vòng của
axit nucleic, và tuân theo cơ chế mà chúng tôi vừa mô tả để tạo ra một cyclopentene thế hai lần cis-1,4.

NH2

NH2
N
+

O

Ad

N [(i-PrO) P] Pd HO
3 4

N

H

N

cơ chế
như trên

N

adenine = AdH

N

HO

Pd

N

1091

NH2
N
HO

N

N

HO

N

OH

aristeromycin

N

Sau đó, ancol được
hoạt hóa bằng cách chuyển hóa thành cacbonat, phản ứng với
phenylsulfonylnitromethane và sau đó có thể được chuyển hóa thành ancol. Một lần nữa, việc duy trì hóa
học lập thể trong quá trình thế bằng xúc tác palladi sẽ tạo ra sản phẩm cis.
EtO

O

Ad

NO2

Ad

Ad

Pd(0)

aristeromycin

PhO2S

O

PhO2S

Pd

vài bước

NO2

Ankyl hóa nội phân tử tạo vịng
Các chất trung gian π-Allyl cũng có thể được sử dụng trong các phản ứng tạo vòng, bao gồm cả q trình
tổng hợp các vịng cỡ nhỏ và trung bình bằng cách sử dụng sự thế nucleophin nội phân tử. Các vịng ba
cạnh hình thành dễ dàng một cách đáng ngạc nhiên, lợi dụng thực tế là nhóm tách loại có thể cách xa tác
nhân nucleophile. Các tiền chất cũng có thể được điều chế bằng alkyl hóa allylic. Muối natri của este
malonat phản ứng với monoaxetat này dưới xúc tác palladi ở đầu ít bị cản trở hơn để tạo ra ancol allylic.

OH

OAc PPh3

OH

Pd

Pd(PPh3)4

OH
Pd

CO2R

OH

RO2C

CO2R

CO2R

Q trình acetyl hóa kích hoạt ancol thứ hai để thế sao cho sự tổ hợp giữa natri hydrua làmbazơ và chất
xúc tác palladi(0) dẫn đến việc đóng vịng thành cyclopropane.
OAc

Pd(PPh3)4
PPh3

Pd

NaH

Pd

CO2R

CO2R

CO2R

CO2R

CO2R

CO2R

CO2R
CO2R

Palladi có thể xúc tác cho các phản ứng cộng đóng vịng
Sự hiện diện của các vòng năm như cyclopentanes, cyclopentenes và dihydrofurans trong một loạt các phân
tử mục tiêu đã dẫn đến nhiều phương pháp điều chế chúng. Một trong những thành công nhất trong số này
là việc sử dụng phản ứng cộng đóng trimetylenmêtan [3 + 2], được xúc tác bởi các phức hợp palladi(0). Đơn
vị trimetylen mêtan trong các phản ứng này có nguồn gốc từ 2-[(trimetylsilyl)metyl]-2-propen-1-yl axetat,
đồng thời là một allyl silan và một axetat allylic. Điều này làm cho nó vừa là nucleophile yếu vừa là
electrophile với sự có mặt của palađi(0). Sự hình thành phức hợp π-allyl của palladium được theo sau bằng
cách loại bỏ nhóm trimethylsilyl bằng cách tấn công nucleophin của ion axetat tạo thành,


1092
Phản ứng cộng đóng vịng đã
được mơ tả trong Chương 34.

CHƯƠNG 40 HĨA HỌC CƠ KIM

do đó tạo ra một phức palađi zwitterionic có thể trải qua các phản ứng cộng đóng vịng.

SiMe3

Me3Si

OAc

Pd(0)

AcO

[PdLn]

[PdLn]

Trimethylenemethane
Về mặt lý thuyết, phân tử đối xứng với ba nhóm CH2 được sắp xếp theo hình tam giác xung quanh một
nguyên tử cacbon là điều thú vị. Nó có thể có cấu trúc singlet với hai điện tích, cả hai đều có thể được giải
tỏa, nhưng khơng thể vẽ ra dạng trung hịa. Ngồi ra, nó có thể là một triplet với hai electron chưa ghép cặp
được giải tỏa như nhau trên ba nhóm CH2. Dạng này có lẽ được ưu tiên hơn và dạng singlet chắc chắn chỉ
được gọi là phức hợp palladium mà chúng ta đang mơ tả. Bạn có thể so sánh cấu trúc singlet và triplet của
trimetylenmêtan với cấu trúc của cacben trong Chương 38.
singlet trimethylenemethane

triplet trimethylenemethane

Cách thông thường để thực hiện phản ứng cộng đóng vịng là phản ứng của phức với anken mang nhóm
thế rút electron làm cho cơ chất dễ bị cộng liên hợp kiểu Michael. Cyclopentenones minh họa phản ứng độc
đáo.
O

O
R

+

AcO

SiMe3

R

Pd(OAc)2
P(i -PrO)3

H

Cơ chế này được cho là từng bước (nói cách khác, hồn tồn khơng phải là một phản ứng cộng đóng
vịng thực sự) với việc cộng liên hợp carbanion, sau đó là sự tấn cơng của enolate thu được vào đơn vị πallyl palladi để tạo thành một vịng năm mới có một nhóm exo metylen.
O

O

O
R

R

R
Cơ chế tương tác của chu trình
xúc tác 'phản ứng cộng đóng vịng'
trimethylenemethane

[PdLn]

cộng
liên hợp

[PdLn]

[PdLn]

allylic
alkyl hóa

H

Amin hóa các vịng thơm được xúc tác bởi palladium
Bạn đã thấy rằng chất xúc tác palladium giúp hình thành các liên kết carbon-carbon khó tạo ra bằng các
phản ứng thơng thường. Nó cũng có thể giúp hình thành các liên kết dị nguyên tử carbon rất khó tạo ra và
bạn đã thấy một số ví dụ trong các phản ứng của phức π-allyl. Công việc bắt đầu từ những năm 1990 của
Buchwald và Hartwig đã chỉ ra rằng Pd có thể được sử dụng để thúc đẩy sự thế nucleophilic ở trung tâm
vinylic hoặc aromat—một phản ứng bình thường khơng thể thực hiện được. Ví dụ, các amin thơm có thể
được điều chế trực tiếp từ các bromua, iotua hoặc triflat tương ứng và amin cần thiết với sự có mặt của
palađi(0) và một bazơ kiềm mạnh.

I
R

+ H

R2

Pd2(dba)3,
P(o-tol)3, NaOt-Bu

R1

dioxane

N

65–100 °C

R2
N
R

R1


AMIN HĨA CÁC VỊNG THƠM ĐƯỢC XÚC TÁC BỞI PALLADIUM

1093

Các cơ chế và chất xúc tác được sử dụng trong phản ứng hóa học 'Buchwald–Hartwig' này phản ánh các
cơ chế và chất xúc tác của phản ứng ghép cặp liên quan đến phản ứng oxi hóa cộng hợp, transmetallation và
tách khử hóa. Bước đầu tiên, như thường lệ, là sự oxy hóa chèn Pd(0) vào liên kết aryl–halogen. Phức Pd(II)
lúc này ghép cặp với amin để cả hai đối tác liên kết thấy mình được liên kết với cùng một nguyên tử palladi.
Bazơ loại bỏ H–I khỏi phức và tách khử hóa tạo thành liên kết Ar–N.

R2
H
I
R

N

I

Pd2(dba)2

PdL2

oxi hóa
R
cộng hợp

Pd(0)L2

I

R1

PdL2
R

R2

NaOt-Bu
PdL2

R1 N H
R2

N

R1

R2

tách khử
hóa

N
R

R1

Các bazơ khác nhau, chẳng hạn như t-BuONa, MeONa, LiN(TMS)2, hoặc K2CO3, đã thành công và một
số phối tử thành cơng nhất (các nhóm phối hợp thể hiện bằng màu nâu) được hiển thị bên dưới. Cấu trúc
thứ tư là một phức được tạo hình sẵn được sử dụng với lượng xúc tác.
t-Bu
OAc
t-Bu
P Pd

PCy2

Nếu bạn muốn đọc thêm về
thiết kế và lựa chọn các phối tử
này, hãy chuyển sang phần Đọc
thêm ở cuối chương.

O

Me2N

Me2N

Ph2P xantphos PPh2

Phạm vi của các hợp chất có thể được tạo ra là rất lớn: cả nhóm thế rút điện tử và cho điện tử đều được chấp
nhận; các hợp chất bị cản trở hoặc những hợp chất có hydro có tính axit như phenol được dung nạp. Ngay cả aryl
clorua, rẻ hơn nhiều so với bromide hoặc iodua, cũng có thể thành cơng.

Me
Br

HO

Pd2(dba)3
PhNHMe

N

LiN(TMS)2

HO

O2N

Cl
Ph

phức được

hình thành
trước ở trên

Me
85% hiệu suất

Cl

O

+

NaOt-Bu
Et3N

Me

N

O2N

75% hiệu suất

Các halogenua dị vòng thơm cũng hoạt động tốt cho dù chúng nghèo điện tử hay giàu điện tử. Các phản
ứng ghép cặp này sử dụng phối tử bị cản trở nhiều hơn được hiển thị trong lề.
Me

Me
Cl Pd (dba)
2

3
PhNHMe
S

NaOt-Bu
phối tử

N

S

Ph

82% hiệu suất

Br Pd2(dba)3
PhNHMe

N
N

NaOt-Bu

N

N
N

PCy2
Ph

MeO

OMe

96% hiệu suất

phối tử

Thật hấp dẫn khi xem amin là 'nucleophile' trong các phản ứng này nhưng rõ ràng là tính nucleophile khơng liên
quan nhiều đến nó vì các amit cũng ghép cặp với các vòng thơm trong các điều kiện tương tự. Khả năng hoạt động
như một phối tử cho palladium là điều quan trọng. Phối tử xantphos (xem ở trên) được sử dụng trong các phản ứng
này và một lần nữa bản chất của các nhóm thế trên vịng benzen ít được quan tâm. Ngay cả azetidine căng cũng
phản ứng tốt.

Ph

95% hiệu suất

O

phức được
hình thành
trước ở trên

HN

H
N

PhCH2NH2
NaOt-Bu

phối tử bị cản trở
Cy = cyclohexyl